ES2939339T3 - Composite electrode materials with improved structure - Google Patents
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Abstract
La invención divulga materiales de electrodos compuestos con estructura mejorada. Los materiales de electrodos compuestos de esta invención incluyen al menos un material activo. El material activo está recubierto con una película pasiva artificial en su superficie para prevenir o reducir de manera efectiva el contacto del electrolito y el material activo para evitar el consumo innecesario de iones de litio. Además, tienen una capa intermedia y una capa exterior fuera de la película pasiva artificial. Tanto la capa intermedia como la capa exterior están compuestas por el electrolito deformable y el electrolito indeformable, pero con diferentes proporciones de concentración. Por lo tanto, la mejor conducción de iones se logra con una menor resistencia a la transferencia de carga y una menor cantidad de uso de disolvente orgánico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention discloses structure-improved composite electrode materials. The composite electrode materials of this invention include at least one active material. The active material is coated with an artificial passive film on its surface to effectively prevent or reduce the contact of the electrolyte and the active material to avoid unnecessary consumption of lithium ions. In addition, they have a middle layer and an outer layer outside the artificial passive film. Both the middle layer and the outer layer are composed of the deformable electrolyte and the non-deformable electrolyte, but with different concentration ratios. Therefore, the best ion conduction is achieved with a lower resistance to charge transfer and a lower amount of organic solvent usage. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Materiales de electrodo compuestos con estructura mejoradaComposite electrode materials with improved structure
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN REFERENCIAS CRUZADAS A SOLICITUDES RELACIONADASBACKGROUND OF THE INVENTION CROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS
[0001] La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente taiwanesa 107139243 presentada en la Oficina de Patentes de Taiwán el 6 de noviembre de 201.[0001] The present application claims priority to Taiwanese patent application 107139243 filed with the Taiwan Patent Office on November 6, 201.
Campo de la invenciónfield of invention
[0002] La presente invención se refiere a materiales de electrodo, en particular a materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada adaptados para un sistema de batería secundaria de iones de litio.[0002] The present invention relates to electrode materials, in particular to structure-improved composite electrode materials adapted for a lithium-ion secondary battery system.
Estado de la técnica relacionadoRelated state of the art
[0003] El electrolito líquido se suele usar para las baterías secundarias de iones de litio existentes como medio para el transporte de iones de litio. Sin embargo, la naturaleza volátil del electrolito líquido puede afectar negativamente al cuerpo humano y al medio ambiente. Además, también es un gran problema de seguridad para los usuarios de baterías debido a la inflamabilidad del electrolito líquido.[0003] Liquid electrolyte is often used for existing lithium ion secondary batteries as a means of transporting lithium ions. However, the volatile nature of the liquid electrolyte can negatively affect the human body and the environment. Furthermore, it is also a big safety issue for battery users due to the flammability of the liquid electrolyte.
[0004] Además, una de las razones de la desestabilización de las baterías de litio es la mayor actividad superficial del electrodo negativo y el mayor voltaje del electrodo positivo. Cuando el electrolito líquido entra en contacto directamente con los electrodos, las interfases entre ellos se desestabilizan y se produce la reacción exotérmica para formar una capa de pasivación. Estas reacciones consumirían el electrolito líquido y el ion de litio y generarían calor. Cuando se produce un cortocircuito local, la temperatura local aumenta rápidamente. La capa de pasivación se volverá inestable y liberará calor. Esta reacción exotérmica es acumulativa al hacer que la temperatura de toda la batería siga aumentando. Una de las preocupaciones de seguridad del uso de una batería es que, una vez que la temperatura de la batería aumenta hasta una temperatura inicial (temperatura de activación), se inicia la fuga térmica hasta provocar una ignición o explosión de la batería. Ese es un problema importante de seguridad para su uso.[0004] Furthermore, one of the reasons for the destabilization of lithium batteries is the higher surface activity of the negative electrode and the higher voltage of the positive electrode. When the liquid electrolyte comes into direct contact with the electrodes, the interfaces between them are destabilized and the exothermic reaction occurs to form a passivation layer. These reactions would consume the liquid electrolyte and lithium ion and generate heat. When a local short circuit occurs, the local temperature rises rapidly. The passivation layer will become unstable and release heat. This exothermic reaction is cumulative by causing the temperature of the entire battery to continue to rise. One of the safety concerns of using a battery is that once the battery temperature rises to an initial temperature (activation temperature), thermal runaway starts leading to ignition or battery explosion. That is a major security issue for its use.
[0005] En los últimos años, los electrolitos sólidos son un foco de investigación. La conductividad iónica de los electrolitos sólidos es similar a la conductividad iónica de los electrolitos líquidos, sin tener las propiedades de evaporación y combustión. Además, las interfases entre los electrolitos sólidos y la superficie de los materiales activos son relativamente estables, ya sea química o electroquímicamente. Sin embargo, a diferencia del electrolito líquido, el área de contacto entre los electrolitos sólidos con los materiales activos es bastante pequeña, la superficie de contacto es pobre y el coeficiente de transferencia de carga es bajo. Por tanto, existe el problema de que las resistencias de interfase de transferencia de carga de los materiales activos con los electrodos positivo y negativo son grandes. Esto es adverso para la transmisión eficiente de iones de litio. Por lo tanto, todavía es difícil reemplazar completamente los electrolitos líquidos por los electrolitos sólidos.[0005] In recent years, solid electrolytes are a focus of research. The ionic conductivity of solid electrolytes is similar to the ionic conductivity of liquid electrolytes, without having the evaporation and combustion properties. Furthermore, the interfaces between solid electrolytes and the surface of active materials are relatively stable, either chemically or electrochemically. However, unlike the liquid electrolyte, the contact area between the solid electrolytes with the active materials is quite small, the contact surface is poor, and the charge transfer coefficient is low. Therefore, there is a problem that the charge transfer interface resistances of the active materials with the positive and negative electrodes are large. This is adverse for the efficient transmission of lithium ions. Therefore, it is still difficult to completely replace liquid electrolytes with solid electrolytes.
[0006] Para resolver los problemas que se acaban de mencionar, la solicitante proporciona materiales de electrodo compuestos, como los de la solicitud de EE. UU. n.° 16/253,928, construidos con diferentes porcentajes de electrolito sólido y electrolito en gel/líquido. Por lo tanto, la mejor conducción iónica se logra con una menor resistencia a la transferencia de carga y una cantidad reducida de disolvente orgánico. Sin embargo, si se puede reducir aún más la cantidad de disolvente orgánico, la seguridad y la estabilidad de la batería de litio mejorarían considerablemente. Las solicitudes de EE. UU. US2016/204427 A1 y US2014/287324 A1 se refieren a materiales compuestos para electrodos que comprenden un núcleo de material activo revestido con una o dos capas, donde al menos una de ellas comprende un electrolito sólido.[0006] To solve the problems just mentioned, the Applicant provides composite electrode materials, such as those of US Application No. 16/253,928, constructed with different percentages of solid electrolyte and gel/gel electrolyte. liquid. Therefore, the best ionic conduction is achieved with a lower resistance to charge transfer and a reduced amount of organic solvent. However, if the amount of organic solvent can be further reduced, the safety and stability of the lithium battery would be greatly improved. US applications US2016/204427 A1 and US2014/287324 A1 refer to composite materials for electrodes comprising a core of active material coated with one or two layers, at least one of which comprises a solid electrolyte.
RESUMEN DE LA INVENCIÓNSUMMARY OF THE INVENTION
[0007] Un objetivo de esta invención es proporcionar materiales de electrodo compuestos con una estructura mejorada para superar las carencias anteriores. La película pasiva artificial (APF) se utiliza para evitar de manera eficiente que los electrolitos líquidos entren en contacto con los materiales activos. Por lo tanto, se puede evitar el consumo innecesario de iones de litio y la degradación de la batería de litio.[0007] An objective of this invention is to provide composite electrode materials with an improved structure to overcome the above deficiencies. Artificial Passive Film (APF) is used to efficiently prevent liquid electrolytes from coming into contact with active materials. Therefore, unnecessary consumption of lithium ion and degradation of lithium battery can be avoided.
[0008] Además, otro objetivo de esta invención es proporcionar materiales de electrodo compuestos con una estructura mejorada que incluye una capa intermedia y una capa exterior construidas con diferentes porcentajes del electrolito de tipo dual. Por lo tanto, se eliminan los problemas de resistencia alta de la transferencia de carga y área de contacto pequeña, causados por el contacto directo entre el electrolito sólido y el material activo. Se reduce la cantidad de disolventes orgánicos y se mejora la seguridad de la batería. [0008] Furthermore, another object of this invention is to provide composite electrode materials with an improved structure that includes an intermediate layer and an outer layer constructed with different percentages of the dual-type electrolyte. Therefore, the problems of high resistance of charge transfer and small contact area caused by direct contact between the solid electrolyte and the active material are eliminated. The amount of organic solvents is reduced and battery safety is improved.
[0009] Para implementar lo mencionado anteriormente, esta invención divulga materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada, que incluye un material activo, una película pasiva artificial, una capa intermedia y una capa externa. La película pasiva artificial cubre el material activo, y la capa intermedia y la capa externa cubren el exterior en secuencia. Tanto la capa intermedia como la capa exterior incluyen un electrolito indeformable y un electrolito deformable. El contenido de electrolito deformable es mayor que el contenido de electrolito indeformable de la capa intermedia. El contenido del electrolito indeformable es mayor que el contenido del electrolito deformable de la capa exterior. El material activo está recubierto con una película pasiva artificial en su superficie para bloquear de manera efectiva el contacto del electrolito y el material activo para evitar el consumo innecesario de iones de litio, lo que puede provocar la degradación de la batería de litio. Al mismo tiempo, la capa intermedia y la capa exterior están formadas con diferentes proporciones de concentración. La cantidad de electrolitos del gel/líquido se reduce significativamente. Además, se eliminan los problemas de resistencia alta de la transferencia de carga y área de contacto pequeña, causados por el contacto directo del electrolito sólido y el material activo. Por lo tanto, la mejor conducción iónica se logra con una mayor seguridad.[0009] To implement the above, this invention discloses structure-improved composite electrode materials, including an active material, an artificial passive film, an intermediate layer, and an outer layer. The artificial passive film covers the active material, and the middle layer and outer layer cover the outside in sequence. Both the middle layer and the outer layer include a non-deformable electrolyte and a deformable electrolyte. The deformable electrolyte content is higher than the non-deformable electrolyte content of the intermediate layer. The content of the non-deformable electrolyte is greater than the content of the non-deformable electrolyte of the outer layer. The active material is coated with an artificial passive film on its surface to effectively block the contact of the electrolyte and the active material to prevent unnecessary consumption of lithium ion, which may lead to the degradation of the lithium battery. At the same time, the middle layer and the outer layer are formed with different concentration ratios. The amount of electrolytes in the gel/liquid is significantly reduced. In addition, the problems of high resistance of charge transfer and small contact area, caused by direct contact of the solid electrolyte and the active material, are eliminated. Therefore, the best ionic conduction is achieved with greater safety.
[0010] El alcance adicional de la aplicabilidad de la presente invención resultará evidente a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación. Sin embargo, debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican formas de realización preferidas de la invención, se proporcionan únicamente a modo de ilustración, dado que varios cambios y modificaciones dentro del espíritu y alcance de la invención resultarán evidentes para los expertos en la materia a partir de esta descripción detallada.[0010] The further scope of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description provided below. However, it is to be understood that the detailed description and specific examples, while indicating preferred embodiments of the invention, are provided by way of illustration only, as various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to the those skilled in the art from this detailed description.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0011] La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación únicamente como ilustración y, por lo tanto, no es limitativa de la presente invención, y en la que:[0011] The present invention will be better understood from the detailed description provided below for illustrative purposes only and is therefore not limiting of the present invention, and wherein:
La figura 1 es un diagrama esquemático de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada de esta invenciónFigure 1 is a schematic diagram of the structure-improved composite electrode materials of this invention.
La figura 2 es un diagrama esquemático con ampliación parcial de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada de esta invención.Figure 2 is a partially enlarged schematic diagram of the structure-improved composite electrode materials of this invention.
La figura 3 es un diagrama esquemático con ampliación parcial de otra forma de realización de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada de esta invención.Figure 3 is a partially enlarged schematic diagram of another embodiment of the structure-improved composite electrode materials of this invention.
La figura 4 es un diagrama esquemático de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada adaptados para una batería de litio de esta invención.Figure 4 is a schematic diagram of structure-improved composite electrode materials adapted for a lithium battery of this invention.
La figura 5 es un diagrama esquemático de otra forma de realización de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada adaptados para una batería de litio de esta invención.Fig. 5 is a schematic diagram of another embodiment of structure-improved composite electrode materials adapted for a lithium battery of this invention.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0012] La invención proporciona materiales de electrodo compuestos con una estructura mejorada. El alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas. Tanto los electrolitos sólidos como los electrolitos en gel/líquidos tienen sus propias ventajas y desventajas. Hoy en día, todavía es difícil reemplazar completamente los electrolitos en gel/líquidos por los electrolitos sólidos. Por lo tanto, una forma más adecuada es mezclar con los electrolitos sólidos y los electrolitos en gel/líquidos. Las ventajas de estos dos tipos de electrolitos se aprovechan mediante la configuración de distribución con diferentes porcentajes, y las desventajas de los electrolitos se eliminan o minimizan para lograr una mejor conducción iónica. Además, se considera que las desventajas de los materiales activos y los electrolitos en gel/líquidos formarían una película protectora pasiva. La película pasiva artificial (APF) se utiliza para reducir o evitar de manera eficiente que los electrolitos en gel/líquidos entren en contacto con los materiales activos. La siguiente es una descripción de la estructura del material activo y la estructura del electrodo.[0012] The invention provides composite electrode materials with an improved structure. The scope of the invention is defined by the appended claims. Both solid electrolytes and gel/liquid electrolytes have their own advantages and disadvantages. Today, it is still difficult to completely replace gel/liquid electrolytes with solid electrolytes. Therefore, a more suitable way is to mix with the solid electrolytes and gel/liquid electrolytes. The advantages of these two types of electrolytes are taken advantage of by the distribution configuration with different percentages, and the disadvantages of electrolytes are eliminated or minimized to achieve better ionic conduction. Furthermore, it is considered that the disadvantages of active materials and gel/liquid electrolytes would form a passive protective film. Artificial Passive Film (APF) is used to efficiently reduce or prevent gel/liquid electrolytes from coming into contact with active materials. The following is a description of the structure of the active material and the structure of the electrode.
[0013] Véanse las FIG. 1-3, que son un diagrama esquemático de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada de esta invención, un diagrama esquemático con ampliación parcial de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada de esta invención y un diagrama esquemático con ampliación parcial de otra forma de realización de los materiales de electrodo compuestos con estructura mejorada de esta invención. Los materiales de electrodo compuestos 10 de esta invención incluyen una pluralidad de material activo 11, una capa intermedia 12 y una capa exterior 13. Una película pasiva artificial (APF) 101 está formada en la superficie exterior del material activo 11 y cubre el material activo 11 para evitar o reducir el contacto de los electrolitos en gel/líquidos con el material activo 11. Por lo tanto, la película pasiva artificial (APF) 101 puede considerarse como una capa interna. El material de la APF 101 puede ser una serie de electrolitos no sólidos o una serie de electrolitos sólidos basada en la transferencia de iones de litio o no. El grosor de la APF 101 es sustancialmente inferior a 100 nanómetros. La serie de electrolitos no sólidos se puede seleccionar del grupo que consiste en materiales conductores, materiales cerámicos sin litio y combinaciones de estos. Los materiales cerámicos sin litio pueden incluir circona, sílice, alúmina, óxido de titanio u óxido de galio. Además, cuando la APF 101 está compuesta por materiales cerámicos sin litio, la APF 101 puede estar formada por una deposición mecánica, una deposición física/química o combinaciones de estas. Para la deposición mecánica se puede utilizar un molino de bolas o un lecho fluidizado. El grosor de la APF 101 es sustancialmente inferior a 100 nanómetros cuando la APF 101 se forma por deposición mecánica. Mediante la deposición física/química, se forma la estructura de la película con apilamiento a escala atómica. El grosor de la APF 101 puede ser sustancialmente inferior a 20 nanómetros. Cuando la APF 101 está compuesta de materiales conductores, la APF 101 puede formarse mediante los mismos métodos que se han mencionado antes.[0013] See FIGS. 1-3, which are a schematic diagram of the structure-improved composite electrode materials of this invention, a partially enlarged schematic diagram of the structure-improved composite electrode materials of this invention, and a partially enlarged schematic diagram of another form embodiment of the structure-improved composite electrode materials of this invention. The composite electrode materials 10 of this invention include a plurality of active material 11, an intermediate layer 12, and an outer layer 13. An artificial passive film (APF) 101 is formed on the outer surface of the active material 11 and covers the active material. 11 to avoid or reduce contact of the gel/liquid electrolytes with the active material 11. Therefore, the artificial passive film (APF) 101 can be considered as an inner layer. The material of the APF 101 may be a non-solid electrolyte series or a solid electrolyte series based on lithium ion transfer or not. The thickness of APF 101 is substantially less than 100 nanometers. The series of non-solid electrolytes may be selected from the group consisting of conductive materials, non-lithium ceramic materials, and combinations thereof. Non-lithium ceramic materials can include zirconia, silica, alumina, titanium oxide, or gallium oxide. In addition, when the APF 101 is composed of non-lithium ceramic materials, the APF 101 may be formed by a deposition mechanical, physical/chemical deposition, or combinations of these. For mechanical deposition, a ball mill or a fluidized bed can be used. The thickness of the APF 101 is substantially less than 100 nanometers when the APF 101 is formed by mechanical deposition. Through physical/chemical deposition, the atomic scale stack-up film structure is formed. The thickness of the APF 101 can be substantially less than 20 nanometers. When the APF 101 is composed of conductive materials, the APF 101 can be formed by the same methods as mentioned above.
[0014] Para tal APF 101 compuesta de la serie de electrolitos no sólidos, el electrolito adicional es necesario como medio para transferir iones, en caso de que el grosor de la APF 101 sea mayor. En caso de que el grosor de la APF 101 sea más delgado, como la estructura de película apilada a escala atómica, la transferencia de iones podría realizarse directamente.[0014] For such an APF 101 composed of the series of non-solid electrolytes, the additional electrolyte is necessary as a medium for transferring ions, in case the thickness of the APF 101 is larger. In case the thickness of the APF 101 is thinner, such as the atomic scale stacked film structure, the ion transfer could be performed directly.
[0015] La serie de electrolitos sólidos puede incluir electrolitos sólidos a base de óxido, electrolitos sólidos a base de sulfuro, electrolitos sólidos de aleación de litio y aluminio o electrolito sólido de azida de litio (LiNa), que puede ser cristalino o vítreo. Cuando la APF101 se selecciona de los materiales conductores, puede incluir un material carbonoso (como grafito o grafeno) o un polímero conductor. En la práctica, la estructura de la FIG. 2 es mejor que la estructura de la FIG. 3. Además, en la FIG. 2, la APF 101 se compone preferiblemente de una serie de electrolitos sólidos.[0015] The series of solid electrolytes may include oxide-based solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes, lithium aluminum alloy solid electrolytes, or lithium azide (LiNa) solid electrolytes, which may be crystalline or glassy. When the APF101 is selected from conductive materials, it may include a carbonaceous material (such as graphite or graphene) or a conductive polymer. In practice, the structure of FIG. 2 is better than the structure of FIG. 3. Furthermore, in FIG. 2, the APF 101 is preferably composed of a series of solid electrolytes.
[0016] A continuación se describen otras ilustraciones de materiales para el electrolito sólido anterior. El electrolito sólido a base de sulfuro se puede seleccionar de uno o más de los grupos que consisten en un estado vítreo de LÍ2S-P2Ss, un estado cristalino de Lix' My PSz' , y un estado cerámico vítreo de LÍ2S-P2Ss.[0016] Other illustrations of materials for the above solid electrolyte are described below. The solid sulfide-based electrolyte may be selected from one or more of the groups consisting of a glassy state of LÍ 2 SP 2 Ss, a crystalline state of Lix' My PSz' , and a glassy ceramic state of LÍ 2 SP 2 H.H.
donde M se selecciona de uno o más de los grupos que consisten en Si, Ge y Sn;where M is selected from one or more of the groups consisting of Si, Ge, and Sn;
x ’ 4y 5 = 2Z’ , 0 ^ y ^ 1 .x ’ 4y 5 = 2Z’ , 0 ^ y ^ 1 .
[0017] Preferiblemente, el estado vítreo de LÍ2S-P2Ss puede seleccionarse de uno o más de los grupos que consisten en estado vítreo de 70LÍ2S-30P2Ss, estado vítreo de 75LÍ2S-25P2Ss, y estado vítreo de 8 0 LÍ2S-2 0 P2Ss. El estado cerámico vítreo de LÍ2S-P2Ss puede seleccionarse de uno o más de los grupos que consisten en estado cerámico vítreo de 70LÍ2S-30P2Ss, estado cerámico vítreo de 75LÍ2S-25P2Ss, y estado cerámico vítreo de S0 Li2S-2 0 P2S5. El estado cristalino de Lix' My PSz' puede seleccionarse de uno o más de los grupos que consisten en LiaPS4, Li4SnS4, Li4GeS4, L¡10SnP2S12, L¡10GeP4S12, LÍ1üSíP2S12, L¡10GeP2S12, Li/PaSn, Lg.54Sh.74P1.44S11.7Cl0.3, p-LiaPS4 , U7P2SI, Li7PaSn, 0.4LiI-0.6Li4SnS4, y Li6PS5Cl.[0017] Preferably, the LÍ 2 SP 2 Ss glassy state may be selected from one or more of the groups consisting of 70LÍ2S-30P2S s glassy state, 75LÍ2S-25P2S s glassy state, and 8 0 LÍ 2 glassy state S- 2 0 P 2 S s . The LÍ 2 SP 2 S s glass-ceramic state may be selected from one or more of the groups consisting of 70LÍ2S-30P2Ss glass-ceramic state, 75LÍ2S-25P2Ss glass-ceramic state, and S 0 Li 2 S- glass-ceramic state. 2 0 P 2 S 5 . The crystalline state of Lix' My PSz' may be selected from one or more of the groups consisting of LiaPS4, Li4SnS4, Li4GeS4, L¡10SnP2S12, L¡10GeP4S12, LÍ1üSíP2S12, L¡10GeP2S12, Li/PaSn, Lg.54Sh.74P1 .44S11.7Cl0.3, p-LiaPS 4 , U 7 P 2 SI, Li 7 PaSn, 0.4LiI-0.6Li4SnS4, and Li 6 PS 5 Cl.
[0018] El electrolito sólido a base de óxido puede ser un electrolito sólido a base de óxido con estructura de fluorita. Por ejemplo, puede ser circona estabilizada con itria (YSZ) con una fracción molar del 3 al 10 %. El electrolito sólido a base de óxido puede ser un electrolito sólido a base de óxido ABO3 , como LaGaOa dopado. O bien, el electrolito sólido a base de óxido puede ser Lh+x+y(Al, Ga)x (Ti, Ge)2xSiyPa-yO12, donde 0^x^1 y 0^y^1. Además, el electrolito sólido a base de óxido puede ser Li2O-Al20a-SiO2-P2O5-TiO2, Li2O-AbOa-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Naa.aZr1.7La0.aSiaPO12, Lia.5Si0.5P0.5O4 , LiaxLa2/axTiOa, Li7LaaZr2O12, Li0.asLa0.56Ti0.99Al0.01Oa, o Li0.a4LaTiO2.94.[0018] The solid oxide-based electrolyte may be a solid oxide-based electrolyte with a fluorite structure. For example, it can be yttria stabilized zirconia (YSZ) with a mole fraction of 3 to 10%. The oxide-based solid electrolyte may be an ABO 3 oxide-based solid electrolyte, such as doped LaGaOa. Or, the solid oxide-based electrolyte can be Lh+x+y(Al, Ga)x (Ti, Ge) 2 xSiyPa-yO 12 , where 0^x^1 and 0^y^1. Also, the oxide-based solid electrolyte can be Li2O-Al20a-SiO2-P2O5-TiO2, Li 2 O-AbOa-SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 -GeO 2 , Naa.aZr1.7La0.aSiaPO12, Lia .5 Si 0.5 P 0.5 O 4 , LiaxLa 2 /axTiOa, Li7LaaZr2O12, Li 0 .asLa 0.56 Ti 0.99 Al 0.01 Oa, or Li 0 .a 4 LaTiO 2.94 .
[0019] Como se ha mencionado anteriormente, según el ion pase a través de la APF 101 o no, el diseño de la estructura de la APF puede ser como se describe a continuación. La APF 101 puede cubrir completamente el material activo 11, la APF 101 tiene poros para permitir que los electrolitos en gel/líquidos entren en contacto con la superficie del material activo 11, o la APF puede formar las combinaciones anteriores.[0019] As mentioned above, depending on whether the ion passes through the APF 101 or not, the structure design of the APF can be as described below. The APF 101 can completely cover the active material 11, the APF 101 has pores to allow gel/liquid electrolytes to contact the surface of the active material 11, or the APF can form the above combinations.
[0020] Véase la FIG. 2, por ejemplo: la APF 101 cubre esencialmente por completo el material activo 11 para evitar que los electrolitos en gel/líquidos entren en contacto con el material activo 11. Véase la FIG. a, por ejemplo: la APF 101 tiene poros para permitir que los electrolitos en gel/líquidos fluyan y entren en contacto ligeramente con la superficie del material activo 11. La APF 101 puede estar formada por una serie de electrolitos no sólidos en polvo apilados. La estructura de polvos apilados puede formar poros para reducir el contacto con los electrolitos en gel/líquidos y el material activo 11. Además, en función de la estructura de la FIG. a, la estructura de polvos apilados soportaría la capa de interfase de electrolito sólido (SEI), que se forma en la superficie del material activo 11, para aumentar la estabilidad química, electroquímica y térmica. Por lo tanto, se puede evitar el agrietamiento y la reconstrucción de la capa de SEI. Además, se puede disminuir el consumo de iones de litio. En las FIG. 2-a, el grosor de la APF 101 es de varios nanómetros a decenas de nanómetros.[0020] See FIG. 2, for example: APF 101 essentially completely covers active material 11 to prevent gel/liquid electrolytes from coming into contact with active material 11. See FIG. a, for example: APF 101 has pores to allow gel/liquid electrolytes to flow through and lightly contact the surface of active material 11. APF 101 can be made up of a number of stacked powdered non-solid electrolytes. The stacked powder structure can form pores to reduce contact with the gel/liquid electrolytes and active material 11. Furthermore, based on the structure of FIG. a, The stacked powder structure would support the solid electrolyte interface (SEI) layer, which is formed on the surface of the active material 11, to increase chemical, electrochemical and thermal stability. Thus, cracking and rebuilding of the SEI layer can be avoided. In addition, the consumption of lithium ions can be decreased. In FIGS. 2-a, the thickness of the APF 101 is from several nanometers to tens of nanometers.
[0021] En el siguiente párrafo se describe la capa intermedia 12 fuera de la APF 101 y la capa externa 1a fuera de la capa intermedia 12. Para facilitar la comprensión de la estructura, se describe en primer lugar el proceso de fabricación de un electrodo. En términos generales, el electrodo 10 se mezcla con el material activo 11, un material conductor, un aglutinante y el electrolito en gel/líquido que incluye el disolvente orgánico y la sal de litio. En esta invención, la APF 101 se forma sobre la superficie del material activo 11. El material activo 11 con la APF 101 se mezcla con el material conductor, el aglutinante y el electrolito en gel/líquido que incluye el disolvente orgánico y la sal de litio. Luego se extrae el electrolito en gel/líquido para obtener un primer volumen M1 del electrolito en gel/líquido. Después de mezclar el material activo 11 con el material conductor y el aglutinante, habría una gran cantidad de orificios con diferentes tamaños entre el material conductor, el aglutinante y el material activo, como resultado de los tamaños de las partículas y las propiedades del material. En general, los orificios más grandes se formarían o apilarían en la región donde el disolvente de la suspensión se seca entre los materiales activos. Los diámetros de los agujeros más grandes son de aproximadamente más de 500 nanómetros, y/o la distancia entre el agujero y la película pasiva artificial 101 es mayor de 500 nanómetros. Los agujeros más pequeños se formarían en las regiones donde están más cerca de la superficie del material activo 11 y/o se mezclan con más material conductor y más aglutinante. Los diámetros de los agujeros más pequeños son aproximadamente inferiores a 500 nanómetros, y/o estos agujeros, que están más cerca del material activo 11, se distribuyen desde el exterior de la película pasiva artificial 101 a 500 nanómetros. En general, el volumen total de los agujeros más pequeños es menor que el volumen total de los agujeros más grandes. Preferiblemente, el volumen total de los agujeros más pequeños es mucho menor que el volumen total de los agujeros más grandes.[0021] In the following paragraph, the intermediate layer 12 outside the APF 101 and the outer layer 1a outside the intermediate layer 12 are described. In order to facilitate the understanding of the structure, the manufacturing process of an electrode is first described . Generally speaking, the electrode 10 is mixed with the active material 11, a conductive material, a binder, and the gel/liquid electrolyte including the organic solvent and lithium salt. In this invention, the APF 101 is formed on the surface of the active material 11. The active material 11 with the APF 101 is mixed with the conductive material, the binder, and the gel/liquid electrolyte including the organic solvent and salt of lithium. Then, the gel/liquid electrolyte is extracted to obtain a first volume M1 of the gel/liquid electrolyte. After mixing the active material 11 with the conductive material and the binder, there would be a large number of holes with different sizes between the conductive material, the binder and the active material, as a result of the particle sizes and material properties. In general, the largest holes would form or stack in the region where the slurry solvent dries between the active materials. The diameters of the largest holes are approximately greater than 500 nanometers, and/or the distance between the hole and the artificial passive film 101 is greater than 500 nanometers. The smallest holes would form in the regions where they are closest to the surface of the active material 11 and/or are mixed with more conductive and binder material. The diameters of the smallest holes are approximately less than 500 nanometers, and/or these holes, which are closer to the active material 11, are distributed from the outside of the artificial passive film 101 at 500 nanometers. In general, the total volume of the smaller holes is less than the total volume of the larger holes. Preferably, the total volume of the smaller holes is much less than the total volume of the larger holes.
[0022] La capa intermedia 12 incluye un primer electrolito deformable 121 y un primer electrolito indeformable 122. La capa externa 13 incluye un segundo electrolito deformable 131 y un segundo electrolito indeformable 132. Dado que los orificios deben llenarse con electrolitos, los electrolitos no se definen por los estados de fase de esta invención para llenar los espacios de los agujeros fácilmente. En esta invención, los electrolitos se definen como electrolito deformable y electrolito indeformable según su dureza y compresibilidad. El electrolito indeformable es el electrolito sólido de calidad más dura, que no se deformaría según el tamaño o la forma de los agujeros. Por lo tanto, el electrolito indeformable solo puede introducirse de forma no ajustada en los orificios. El electrolito deformable es el electrolito líquido, el electrolito en gel o el electrolito similar a la cera, que puede deformarse según el tamaño o la forma de los agujeros. Por lo tanto, el electrolito deformable se puede introducir definitivamente en el espacio restante de los orificios después de rellenarlos con el electrolito indeformable.[0022] The intermediate layer 12 includes a first deformable electrolyte 121 and a first non-deformable electrolyte 122. The outer layer 13 includes a second deformable electrolyte 131 and a second non-deformable electrolyte 132. Since the holes are to be filled with electrolytes, the electrolytes do not defined by the phase states of this invention to fill the hole spaces easily. In this invention, electrolytes are defined as deformable electrolyte and non-deformable electrolyte according to their hardness and compressibility. Non-deformable electrolyte is the hardest quality solid electrolyte, which would not deform based on the size or shape of the holes. Therefore, the non-deformable electrolyte can only be introduced loosely into the openings. The deformable electrolyte is liquid electrolyte, gel electrolyte or wax-like electrolyte, which can be deformed according to the size or shape of the holes. Therefore, the deformable electrolyte can be definitely introduced into the remaining space of the holes after filling them with the non-deformable electrolyte.
[0023] Los orificios más grandes o los orificios más alejados del material activo 11 se llenan con mayor cantidad o concentración del segundo electrolito indeformable 132. Los orificios más pequeños o los orificios más cercanos al material activo 11 se llenan con menor cantidad o concentración del primer electrolito indeformable 122. Luego, el primer electrolito deformable 121 y el segundo electrolito deformable 131 se introducen de acuerdo con las distancias desde el material activo. Cuando se introduce el primer electrolito deformable 121 y el segundo electrolito deformable 131, el electrolito sólido blando 1211 se puede introducir en primer lugar. Luego, al menos uno de los electrolitos que pueden llenar los huecos que quedan entre el electrolito indeformable y el electrolito sólido blando se selecciona de entre el líquido iónico, el electrolito líquido iónico, el electrolito en gel/líquido 1212, o la combinación de estos, véanse las Figs. 2 y 3. Por lo tanto, la cantidad utilizada del electrolito en gel/líquido se reduce significativamente para evitar los peligros causados por el electrolito en gel/líquido. Como se muestra en las figuras, el primer electrolito deformable 121 de la capa intermedia 12 incluye el electrolito sólido blando 1211 y el electrolito en gel/líquido 1212. El segundo electrolito deformable 131 de la capa externa 13 incluye un electrolito sólido blando y al menos un electrolito seleccionado de entre un líquido iónico, un electrolito líquido iónico, un electrolito en gel/líquido o una combinación de estos.[0023] The larger holes or the holes furthest away from the active material 11 are filled with a greater amount or concentration of the second non-deformable electrolyte 132. The smaller holes or the holes closer to the active material 11 are filled with a lower amount or concentration of the first deformable electrolyte 122. Then, the first deformable electrolyte 121 and the second deformable electrolyte 131 are introduced according to the distances from the active material. When the first deformable electrolyte 121 and the second deformable electrolyte 131 are introduced, the soft solid electrolyte 1211 can be introduced first. Then, at least one of the electrolytes that can fill the gaps between the non-deformable electrolyte and the soft solid electrolyte is selected from ionic liquid, ionic liquid electrolyte, gel/liquid electrolyte 1212, or the combination of these. , see Figs. 2 and 3. Therefore, the used amount of the gel/liquid electrolyte is significantly reduced to avoid the dangers caused by the gel/liquid electrolyte. As shown in the figures, the first deformable electrolyte 121 of the intermediate layer 12 includes the soft solid electrolyte 1211 and the gel/liquid electrolyte 1212. The second deformable electrolyte 131 of the outer layer 13 includes a soft solid electrolyte and at least an electrolyte selected from an ionic liquid, an ionic liquid electrolyte, a gel/liquid electrolyte, or a combination thereof.
[0024] Así, se obtiene un segundo volumen M2 del electrolito deformable. Por lo tanto, el primer electrolito indeformable 122 y el primer electrolito deformable 121 se introducen en los orificios dentro del rango de APF 101 a aproximadamente 500 nanómetros y/o los orificios con un diámetro inferior a 500 nanómetros para formar la capa intermedia 12. El segundo electrolito indeformable 132 y el segundo electrolito deformable 131 se introducen en los orificios con distancias desde la APF 101 de más de aproximadamente 500 nanómetros y/o los orificios con un diámetro superior a 500 nanómetros para formar la capa exterior 13. El material activo 11 y las distribuciones relacionadas en estos dibujos, las FIG. 1 a 3, por ejemplo, son meramente esquemáticos y no pretenden limitar la distribución de los materiales. Algunos agujeros se rellenan con el primer electrolito indeformable 122 y el segundo electrolito indeformable 132 en vez de los electrolitos en gel/líquidos. Así, el segundo volumen M2 no será mayor que el primer volumen M1. Además, una parte del volumen en M2 proviene del electrolito sólido blando. Por lo tanto, se puede reducir significativamente la cantidad utilizada del electrolito en gel/líquido. El primer electrolito deformable 121 y el segundo electrolito deformable 131 son materiales iguales o diferentes. El primer electrolito indeformable 122 y el segundo electrolito indeformable 132 son materiales iguales o diferentes.[0024] Thus, a second volume M2 of the deformable electrolyte is obtained. Therefore, the first non-deformable electrolyte 122 and the first deformable electrolyte 121 are introduced into the holes within the range of APF 101 to about 500 nanometers and/or the holes with a diameter less than 500 nanometers to form the intermediate layer 12. The second nondeformable electrolyte 132 and second deformable electrolyte 131 are introduced into holes with distances from APF 101 of greater than about 500 nanometers and/or holes with a diameter greater than 500 nanometers to form the outer layer 13. The active material 11 and the related distributions in these drawings, FIGS. 1-3, for example, are merely schematic and are not intended to limit the distribution of materials. Some holes are filled with the first non-deformable electrolyte 122 and the second non-deformable electrolyte 132 instead of the gel/liquid electrolytes. Thus, the second volume M2 will not be larger than the first volume M1. Also, a part of the volume in M2 comes from the soft solid electrolyte. Therefore, the used amount of the gel/liquid electrolyte can be significantly reduced. The first deformable electrolyte 121 and the second deformable electrolyte 131 are the same or different materials. The first non-deformable electrolyte 122 and the second non-deformable electrolyte 132 are the same or different materials.
[0025] Así, el contenido del primer electrolito deformable 121 es mayor que el contenido del primer electrolito indeformable 122 en la capa intermedia 12. El contenido del segundo electrolito indeformable 132 es mayor que el contenido del segundo electrolito deformable 131 en la capa externa 13. Es incuestionable que tanto la capa intermedia 12 como la capa exterior 13 incluyen los materiales conductores y el aglutinante resultante de formar el electrodo. En general, el contenido en volumen del primer electrolito deformable 121 de la capa intermedia 12 es superior al 50 % del contenido en volumen total del primer electrolito deformable 121 y el primer electrolito indeformable 122 de la capa intermedia 12, preferiblemente es superior al 90 %. El contenido en volumen del segundo electrolito indeformable 132 de la capa exterior 13 es superior al 50 % del contenido en volumen total del segundo electrolito deformable 131 y el segundo electrolito indeformable 132 de la capa exterior 13 preferiblemente es superior al 90 %. Por lo tanto, se consiguen tanto una mayor seguridad (al reducir la cantidad utilizada del electrolito en gel/líquido) como una mejor conducción iónica (al resolver los problemas de área de contacto pequeña y superficie de contacto deficiente entre el electrolito sólido y el material activo, y el coeficiente de transferencia de carga más bajo).[0025] Thus, the content of the first deformable electrolyte 121 is higher than the content of the first non-deformable electrolyte 122 in the intermediate layer 12. The content of the second non-deformable electrolyte 132 is higher than the content of the second deformable electrolyte 131 in the outer layer 13 It is unquestionable that both the intermediate layer 12 and the outer layer 13 include the conductive materials and the binder resulting from forming the electrode. In general, the volume content of the first deformable electrolyte 121 of the intermediate layer 12 is greater than 50% of the total volume content of the first deformable electrolyte 121 and the first non-deformable electrolyte 122 of the intermediate layer 12, preferably greater than 90% . The content by volume of the second non-deformable electrolyte 132 of the outer layer 13 is greater than 50% of the total volume content of the second non-deformable electrolyte 131, and the second non-deformable electrolyte 132 of the outer layer 13 is preferably greater than 90%. Therefore, both higher safety (by reducing the amount of gel/liquid electrolyte used) and better ionic conduction (by solving area problems) are achieved. small contact and poor contact surface between the solid electrolyte and the active material, and the lowest charge transfer coefficient).
[0026] La capa intermedia 12 se pone en contacto directamente con el material activo 11 (o la APF 101) para transferir iones. Si la capa intermedia 12 está compuesta principalmente por el electrolito indeformable, se enfrentaría a los mismos problemas que la técnica convencional, como una superficie de contacto menor y deficiente entre el electrolito sólido y el material activo y el bajo coeficiente de transferencia de carga. Por lo tanto, la capa intermedia 12 está compuesta principalmente por el electrolito deformable. El contenido en volumen del primer electrolito deformable 121 es mayor que el contenido en volumen del primer electrolito indeformable 122. El contenido en volumen del primer electrolito deformable 121 de la capa intermedia 12 es mayor que el 50 % del contenido en volumen total del primer electrolito deformable 121 y el primer electrolito indeformable 122 de la capa intermedia 12, preferiblemente es superior al 90 %. Podría ofrecer una mejor conducción iónica no direccional. Además, el estado de la superficie de contacto entre el primer electrolito deformable 121 y el material activo 11 (o la APF 101) es mucho mejor que la superficie de contacto entre el electrolito sólido y el material activo. Las resistencias de interfase de transferencia de carga se reducen. Una distancia entre la capa intermedia 12 y la película pasiva artificial 101 no supera los 500 nanómetros, o el primer electrolito deformable 121 y el primer electrolito indeformable 122 de la capa intermedia 12 se introducen en orificios con un diámetro inferior a aproximadamente 500 nanómetros. Por tanto, el espesor de la capa intermedia 12 no supera los 500 nanómetros.[0026] Intermediate layer 12 is directly contacted with active material 11 (or APF 101) to transfer ions. If the intermediate layer 12 is mainly composed of the non-deformable electrolyte, it would face the same problems as the conventional technique, such as a smaller and poor contact surface between the solid electrolyte and the active material and the low charge transfer coefficient. Therefore, the intermediate layer 12 is mainly composed of the deformable electrolyte. The volume content of the first deformable electrolyte 121 is greater than the volume content of the first non-deformable electrolyte 122. The volume content of the first deformable electrolyte 121 of the intermediate layer 12 is greater than 50% of the total volume content of the first electrolyte deformable 121 and the first nondeformable electrolyte 122 of the intermediate layer 12, is preferably greater than 90%. It could offer better non-directional ionic conduction. Furthermore, the condition of the contact surface between the first deformable electrolyte 121 and the active material 11 (or the APF 101) is much better than the contact surface between the solid electrolyte and the active material. The charge transfer interface resistances are reduced. A distance between the intermediate layer 12 and the artificial passive film 101 does not exceed 500 nanometers, or the first deformable electrolyte 121 and the first non-deformable electrolyte 122 of the intermediate layer 12 are inserted into holes with a diameter of less than about 500 nanometers. Therefore, the thickness of the intermediate layer 12 does not exceed 500 nanometers.
[0027] Una distancia entre la capa exterior 13 y la película pasiva artificial 101 es superior a 500 nanómetros, o el segundo electrolito deformable 131 y el segundo electrolito indeformable 132 de la capa exterior 13 se introducen en agujeros con un diámetro superior a unos 500 nanómetros. Por lo tanto, la capa exterior 13 se compone principalmente del electrolito indeformable. El contenido en volumen del segundo electrolito indeformable 132 de la capa exterior 13 es superior al 50 % del contenido en volumen total del segundo electrolito deformable 131 y el segundo electrolito indeformable 132 de la capa exterior 13, preferiblemente es superior al 90 %. La cantidad utilizada del disolvente orgánico (el electrolito en gel/líquido) se reduce para adquirir un mejor rendimiento térmico y mantener la seguridad. En la capa exterior 13, la dirección de la conducción iónica está determinada por el contacto con el electrolito indeformable de partículas del electrolito sólido. Por lo tanto, la conducción iónica es en una dirección específica para permitir que los iones de litio realicen un transporte masivo y de alta velocidad.[0027] A distance between the outer layer 13 and the artificial passive film 101 is greater than 500 nanometers, or the second deformable electrolyte 131 and the second non-deformable electrolyte 132 of the outer layer 13 are inserted into holes with a diameter greater than about 500 nanometers. Therefore, the outer layer 13 is mainly composed of the non-deformable electrolyte. The volume content of the second non-deformable electrolyte 132 of the outer layer 13 is greater than 50% of the total volume content of the second non-deformable electrolyte 131 and the second non-deformable electrolyte 132 of the outer layer 13, preferably greater than 90%. The amount of organic solvent (the gel/liquid electrolyte) used is reduced to achieve better thermal performance and maintain safety. In the outer layer 13, the direction of ionic conduction is determined by the contact with the non-deformable electrolyte of particles of the solid electrolyte. Therefore, ion conduction is in a specific direction to allow lithium ions to perform high-speed, bulk transport.
[0028] El primer electrolito indeformable 122 de la capa intermedia 12 y el segundo electrolito indeformable 132 de la capa externa 13 se seleccionan de entre un electrolito sólido duro, como un electrolito sólido a base de óxido, un electrolito sólido de azida de litio (LiNa) o un electrolito sólido de aleación de litio y aluminio, en donde el electrolito sólido a base de óxido puede ser un electrolito de fosfato de litio, aluminio y titanio (LATP). El primer electrolito deformable 121 de la capa intermedia 12 y el segundo electrolito deformable 131 de la capa externa 13 pueden incluir un líquido iónico, un electrolito líquido iónico, un electrolito en gel/líquido o un electrolito sólido blando, donde el electrolito sólido blando se selecciona de entre un electrolito sólido a base de sulfuro, un electrolito sólido de hidruro o un electrolito sólido de polímero. El electrolito sólido de polímero incluye óxido de polietileno (PEO), fluoruro de polivinilideno (PVDF), poliacrilonitrilo (PAN), polimetilmetacrilato (PMMA) y policloruro de vinilo (PVC).[0028] The first non-deformable electrolyte 122 of the intermediate layer 12 and the second non-deformable electrolyte 132 of the outer layer 13 are selected from among a hard solid electrolyte, such as an oxide-based solid electrolyte, a lithium azide solid electrolyte ( LiNa) or a lithium aluminum alloy solid electrolyte, wherein the oxide-based solid electrolyte may be a lithium aluminum titanium phosphate (LATP) electrolyte. The first deformable electrolyte 121 of the intermediate layer 12 and the second deformable electrolyte 131 of the outer layer 13 may include an ionic liquid, an ionic liquid electrolyte, a gel/liquid electrolyte, or a soft solid electrolyte, wherein the soft solid electrolyte is selects from a sulfide based solid electrolyte, a hydride solid electrolyte or a polymer solid electrolyte. Solid polymer electrolyte includes polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), and polyvinyl chloride (PVC).
[0029] Para reducir aún más la cantidad utilizada del disolvente orgánico, el primer electrolito deformable 121 de la capa intermedia 12 y el segundo electrolito deformable 131 de la capa externa 13 pueden incluir principalmente el líquido iónico, el electrolito líquido iónico o el electrolito sólido blando. En otras palabras, la composición principal del primer electrolito deformable 121 y el segundo electrolito deformable 131 es el líquido iónico, el electrolito líquido iónico, el electrolito sólido blando o una combinación de estos. Se reduce la proporción de electrolito en gel/líquido.[0029] To further reduce the used amount of the organic solvent, the first deformable electrolyte 121 of the intermediate layer 12 and the second deformable electrolyte 131 of the outer layer 13 may mainly include the ionic liquid, the ionic liquid electrolyte or the solid electrolyte. soft. In other words, the main composition of the first deformable electrolyte 121 and the second deformable electrolyte 131 is ionic liquid, ionic liquid electrolyte, soft solid electrolyte, or a combination thereof. The gel/liquid electrolyte ratio is reduced.
[0030] Por supuesto, también se pueden usar los electrolitos indeformables o deformables restantes, que no se han enumerado en detalle. La lista anterior es meramente ilustrativa y no pretende limitar la invención a los electrolitos indeformables o deformables anteriores.[0030] Of course, the remaining non-deformable or deformable electrolytes can also be used, which have not been listed in detail. The above list is merely illustrative and is not intended to limit the invention to the above non-deformable or deformable electrolytes.
[0031] Aplicados en la práctica a los sistemas de baterías, los materiales de electrodo compuestos 10 de esta invención pueden servir como un electrodo, como un electrodo positivo. Como se puede ver en la FIG. 4, los materiales de electrodo compuestos 10, otro electrodo 30, el separador 42 y dos colectores de corriente 41, 43 forman el sistema de batería. Además, los dos electrodos, el electrodo positivo y el electrodo negativo, pueden usar los materiales de electrodo compuestos 10 de esta invención, véase la FIG. 5.[0031] Practically applied to battery systems, the composite electrode materials 10 of this invention can serve as an electrode, such as a positive electrode. As can be seen in FIG. 4, the composite electrode materials 10, another electrode 30, the separator 42 and two current collectors 41, 43 form the battery system. Furthermore, the two electrodes, the positive electrode and the negative electrode, can use the composite electrode materials 10 of this invention, see FIG. 5.
[0032] En consecuencia, en esta invención, la película pasiva artificial (APF) se usa para evitar o reducir eficazmente el contacto de los electrolitos en gel/líquidos con los materiales activos. Por lo tanto, se puede evitar el consumo innecesario de iones de litio y la degradación de la batería de litio. Además, la capa intermedia y la capa exterior se construyen con diferentes porcentajes de electrolito indeformable y electrolito deformable. Por lo tanto, la capa exterior puede permitir que los iones de litio se transfieran a alta velocidad, y la capa intermedia ofrece una conducción iónica no direccional. Por lo tanto, se logra una mejor conducción iónica. Además, la cantidad utilizada del disolvente orgánico (el electrolito en gel/líquido) se reduce para adquirir un mejor rendimiento térmico y mantener la seguridad. Y si se aumenta la proporción del líquido iónico o del electrolito líquido iónico, la cantidad de disolvente orgánico puede reducirse aún más. Además, el sistema de electrolito dual, con el electrolito indeformable y el electrolito deformable, puede aumentar de manera efectiva la conducción iónica. En especial, cuando el electrolito indeformable es el electrolito sólido a base de óxido, se mantiene la alta estabilidad química. Además, la conductividad iónica y la compatibilidad de los electrodos aumentan a través de este sistema de electrolito dual. [0032] Accordingly, in this invention, artificial passive film (APF) is used to effectively prevent or reduce contact of gel/liquid electrolytes with active materials. Therefore, unnecessary consumption of lithium ion and degradation of lithium battery can be avoided. Furthermore, the intermediate layer and the outer layer are built with different percentages of non-deformable electrolyte and deformable electrolyte. Therefore, the outer layer can allow lithium ions to be transferred at a high speed, and the middle layer offers non-directional ion conduction. Therefore, better ionic conduction is achieved. Besides, the The amount of organic solvent (the gel/liquid electrolyte) used is reduced to achieve better thermal performance and maintain safety. And if the proportion of the ionic liquid or the ionic liquid electrolyte is increased, the amount of organic solvent can be further reduced. In addition, the dual electrolyte system, with the non-deformable electrolyte and the deformable electrolyte, can effectively increase the ionic conduction. Especially, when the non-deformable electrolyte is the solid oxide-based electrolyte, the high chemical stability is maintained. Furthermore, the ionic conductivity and compatibility of the electrodes are increased through this dual electrolyte system.
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